RTO与TO组合工艺处理煤化工挥发性有机物（VOCs）的应用研究

RTO与TO组合工艺处理煤化工挥发性有机物（VOCs）的应用研究
摘要：本文主要对组合应用RTO与TO工艺对煤化工挥发性有机物（VOCs）
的处理进行了研究，运用了案例分析法、文献调查法、资料收集法等研究方法，
介绍了具体项目概述，分析了RTO、TO以及RTO+TO组合工艺对煤化工挥发性有
机物（VOCs）治理的具体流程，并进行了经济效益对比和优势分析，提出组合应
用RTO、TO工艺对煤化工挥发性有机物（VOCs）进行处理，可有效优化运行经济
效益，提升技术可靠性，充分满足VOCs达标排放要求。

关键词：RTO；TO；组合工艺；煤化工；挥发性有机物；
一、前言
近年来，我国越来越重视改善环境空气质量，并着重针对重点行业以及重点
区域的VOCs污染加大防治力度。

煤化工是环保部门重点监管行业，随着煤化工
挥发性有机物（VOCs）排放标准日渐严格，要求煤化工项目必须采取有效措施综
合治理VOCs废气。

下文主要以某煤化工基地甲醇技术改造项目为例，探究该项
目综合治理VOCs的工艺方案，通过分别分析RTO、TO以及RTO+TO组合工艺，经
对比得出RTO+TO组合工艺在煤化工挥发性有机物（VOCs）处理中不仅具有良好
的经济性，还体现出突出的工艺优势。

二、项目概述
某煤化工基地甲醇技术改造项目在综合治理VOCs过程中，VOCs废气组成主
要包括CO2尾气、甲醇合成膨胀气、1系列液氮洗尾气、2系列液氮洗尾气还有甲
醇合成闪蒸气。

在这几股尾气当中，包含的可燃组分主要有C3H8、C2H6、CH4、H2，同时还有大量惰性气体。

综合对比多种处理方法，最终判定对这几股废气进行处
理期间，比较适合应用蓄热氧化燃烧以及直接燃烧技术。

三、RTO治理煤化工挥发性有机物（VOCs）流程
通过RTO对上述项目中的几股废气进行处理，具体流程如图1。

在向RTO进之前，要先混合几股废气，废气混合之后有876kJ·kg-1的总热值，氧气含量基本为零，所以要先利用稀释风进行稀释处理，促使VOCs的浓度比爆炸下限
25%LET还要低，并同步达到入口氧含量最低要求。

废气在稀释后流量比较大，并且超出单台RTO处理量最大值，所以需要增加一台RTO炉（共两台），在陶瓷蓄热体对废气进行预热之后，再流向燃烧室[1]。

燃烧过程中合理控制温度，促使低浓度VOCs能够充分氧化。

和最低自热浓度相比，废气浓度更高，运行期间不需要消耗天然气，同时燃烧室当中多出的热烟气会通过热旁通流向锅炉当中，同步会产生次高压蒸汽，使两RTO炉共同使用同一台余热锅炉。

待出口烟气的温度有所下降，达到150℃左右后，和RTO出口的洁净烟气相互混合，最后共同排入烟囱当中。

图1 RTO工艺流程
四、TO治理煤化工挥发性有机物（VOCs）流程
通过TO工艺处理该项目中的废气，具体流程如图2。

在废气尚未进TO炉时，对不同废气分别进行稳压控制，随后各自经阻火器流向TO炉膛，同步有效控制TO炉当中的停留时间以及焚烧温度，通过调整氧含量以及炉内温度来控制炉内烟气，确保高浓度废气能够充分氧化。

烟气从TO炉出来之后，利用换热器对空气或二次风进行预热助燃，当温度上升至500℃，使其进入到余热锅炉当中，实现热量回收，并同步产生次高压蒸汽[2]。

此时锅炉出口位置的烟气大约保持150℃温度，随后向烟囱中排入。

图2 TO工艺流程
五、RTO与TO组合工艺处理煤化工挥发性有机物（VOCs）流程
组合运用RTO以及TO工艺进行该项目尾气处理，具体工艺流程如图3。

在该
工艺应用中，对于低温低热值低浓度甲醇洗气体，主要通过RTO+锅炉进行处理；
而对于热值以及浓度较高的液氮洗尾气，还有甲醇合成闪蒸气、甲醇合成膨胀气
高浓度废气混合气，主要通过 TO+锅炉进行处理[3]。

这一处理安排，和RTO以及TO设备其处理特征相符，运行全程都不需消耗天然气，同步会产生次高压蒸汽。

图3 RTO+TO工艺处理流程
六、经济效益对比和优势分析
1、经济效益对比
按照公用工程基准收费标准（燃料器：2.1元·Nm-3；循环水：0.15元·t-1；电：0.39元·kWh-1；锅炉给水：10元·t-1；蒸汽（5.3MPa（g），450℃）：98元·t-1），对运用RTO、TO、RTO+TO组合工艺对VOCs进行治理涉及到的相关装
置运行成本和具体经济性展开对比，最终得出选择RTO+TO组合工艺对该项目VOCs废气进行处理，企业每年产出效益达到五千多万元，和单独使用RTO或者是TO的工艺方案相比收益更高。

因为该项目的废气总热值保持偏低水平，单用TO
炉进行废气处理，每年要消耗的运行费用比较高。

而单用RTO进行废气处理，虽
然也有不错的经济效益，但在废气稀释之后涉及到较大的废气风量，要同时运行
两台RTO炉，对空间位置提出较高要求。

所以立足投资成本层面分析，选用
RTO+TO组合工艺进行煤化工挥发性有机物（VOCs）处理具有较好的经济效益。

2、优势分析
根据技术经济对比结果，决定在此项目废气处理中联合使用RTO和TO，而采
用RTO+TO的组合工艺对该项目VOCs废气进行处理体现出以下优势：①通过蓄热
式氧化焚烧炉，也就是以RTO工艺对低温甲醇洗废气进行处理，可对因废气热值
偏低通过常规直燃技术不能达到燃烧自平衡相关问题加以解决，同时在RTO工艺
应用下，可切实达到自身燃烧提出的热量需求，所产生的多余热量能够经废热锅
炉同步产出高品位蒸汽（5.3MPa（g）），以供厂区其他工序使用；②通过直燃
式氧化焚烧炉也就是TO工艺对液氮洗尾气还有甲醇合成闪蒸气、膨胀器等具有
较高热值的废气进行处理，不仅能够达到燃烧自平衡需求，还能在有机废气处理
期间通过TO炉的应用使处理更加安全，而且废气经过燃烧处理，也同样可经废
热锅炉产出高品位蒸汽（5.3MPa（g）），以供厂区其他工序使用；③因为低温
甲醇洗装置其所产生的尾气不仅气量大，而且成分非常复杂，在装置运行过程中
有较大几率发生不稳定波动问题，所以在该项目中联合应用RTO以及TO处理工艺，可使废气处理具有更好弹性，并使装置更稳定、安全的运行。

经过组合工艺
处理，最后尾气当中的非甲烷总烃不超过80mg·m-3，整体去除效率不低于99%，
另外NOx不超过80mg·m-3，SO2不超过50mg·m-3，充分达到国家相关污染物排放
标准规定。

七、结束语
上文通过对比 RTO、TO以及RTO+TO组合工艺在煤化工挥发性有机物（VOCs）处理中的应用效果，提出RTO+TO组合工艺在VOCs废气处理中具有突出
优势，不仅经济性好，还能提升废气处理的稳定性、安全性，确保废气处理之后
充分达到污染物排放相关标准。

煤化工企业在VOCs废气处理中联合应用此方案，不仅可缓解环保压力，还可助力企业降本增效，紧跟国家政策导向，为环境治理
贡献一份力量，并使煤化工VOCs治理趋于规范化、高效化。

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作者简介：魏建波；男；1985-04-12；汉族；陕西宝鸡；硕士研究生；项目经理/工程师；研究方向（所学专业）：化学工程。